ヒスチジンHClとは…成分効果と毒性を解説

保湿 毛髪修復
ヒスチジンHCl
[化粧品成分表示名称]
・ヒスチジンHCl

[医薬部外品表示名称]
・塩酸L-ヒスチジン

双性イオン化合物(∗1)ならびに水溶性塩基性アミノ酸(∗2)の一種であるヒスチジン(L-histidine)の塩酸塩です(文献2:2020)

∗1 双性イオン化合物とは、両性イオン化合物とも呼び、一つの分子内にプラス電荷とマイナス電荷の両方を持ち、全体としては中性イオンを示す化合物を指します。アミノ酸は酸性を示すカルボキシル基(-COOH)からプロトン(H⁺)を塩基性を示すアミノ基(-NH2)に受け取って分子内塩(イオン結晶に似た性質で水に溶けやすい)を形成する双性イオン化合物であり、ヒスチジンは電荷が全体として0となる(中性を示す)ときのpH(等電点)が7.59であることから(文献3:1994)、溶液のpHが7.59以下なら陽イオンに、7.59以上なら陰イオンとなります。

∗2 一般にアミノ基(-NH2)とカルボキシル基(-COOH)の両方の官能基をもつ有機化合物をアミノ酸と呼び、分子中に存在するアミノ基とカルボキシル基の割合によって中性アミノ酸、酸性アミノ酸、塩基性アミノ酸に分類されます。ヒスチジンは塩基性を示すアミノ基(-NH2)と酸性を示すカルボキシル基をもつアミノ酸ですが、側鎖に塩基性のイミダゾール基をもつことから塩基性アミノ酸に分類されます。

ヒスチジンHCl(L-histidine HCl)は、ヒスチジンの安定性および水への溶解性を高めた化合物ですが、ヒスチジンと(L-histidine)と構造が同一であることから、皮膚または毛髪に塗布した場合、実質的にヒスチジンと同様の作用・効果を有していると考えられます。

一般的な用途としては、医薬品分野においては水分や電解質などを点滴静注により投与するための輸液(点滴)、経口・経腸栄養剤などに、食品分野においてはフレーバー原料として使用されています(文献4:2016)

化粧品に配合される場合は、

これらの目的でスキンケア化粧品、ヘアケア製品、シート&マスク製品、シャンプー製品、ヘアトリートメント製品、アウトバストリートメント製品、クレンジング製品、洗顔料などに使用されています。

角質層水分量増加による保湿作用

角質層水分量増加による保湿作用に関しては、まず前提知識として皮膚最外層である角質層の構造と役割および角質細胞におけるアミノ酸の役割について解説します。

直接外界に接する皮膚最外層である角質層は、以下の図のように、

角質層の構造

角質と角質の間を細胞間脂質で満たした、レンガとモルタルの関係と同様の構造となっており、この構造が保持されることによって、外界からの物理的あるいは化学的影響から身体を守り、かつ体内の水分が体外へ過剰に蒸散していくのを防ぐとともに一定の水分を保持する役割を担っています(文献5:1990;文献6:2002)

また、角質細胞中に存在し水分を保持する働きをもつ水溶性物質は、天然保湿因子(NMF:natural Moisturizing Factor)と呼ばれており、以下の表のように、

成分 含量(%)
アミノ酸類 40.0
ピロリドンカルボン酸(PCA) 12.0
乳酸 12.0
尿素 7.0
アンモニア、尿酸、グルコサミン、クレアチン 1.5
ナトリウム(Na⁺) 5.0
カリウム(K⁺) 4.0
カルシウム(Ca²⁺) 1.5
マグネシウム(Mg²⁺) 1.5
リン酸(PO₄³⁻) 0.5
塩化物(Cl⁻) 6.0
クエン酸 0.5
糖、有機酸、ペプチド、未確認物質 8.5

アミノ酸、有機酸、塩などの集合体として存在していますが、天然保湿因子の約40%はアミノ酸類で構成されており(文献7:1985)、ピロリドンカルボン酸(PCA)や尿素などアミノ酸の代謝物を含めると約60%を占めることから、角層の水分保持にアミノ酸およびその関連物質が重要な役割を担っていると考えられています。

さらに、この天然保湿因子において約40%を占めるアミノ酸の組成は、以下の表のように、

アミノ酸の種類 含量(%)
プロリン 5.6
アスパラギン + アスパラギン酸 0.8
トレオニン 0.4
セリン 19.7
グルタミン + グルタミン酸 2.3
グリシン 14.7
アラニン 10.4
バリン 3.4
メチオニン 0.2
イソロイシン 0.5
ロイシン 1.5
チロシン 0.8
フェニルアラニン 0.7
リシン 1.1
ヒスチジン 1.4
アルギニン 10.3

16種類で構成されており(文献8:1983)、中でもセリン、グリシン、アラニンおよびアルギニンが大部分を占めています。

このような背景から、角質層の水分保持にアミノ酸が重要であると考えられています。

アミノ酸は天然保湿因子(NMF)の主要成分であることから皮膚の潤いを保つ目的でスキンケア化粧品に使用されていますが、一方で低分子の両性イオン化合物であり、一般的に電荷を有した物質は皮膚や生体膜を透過しにくく、その透過率は電荷を持たない物質と比較して1/1000といわれています(文献9:1984)

1996年に味の素とカリフォルニア大学医学部皮膚科によって報告された水溶性アミノ酸のヒト皮膚での経皮吸収挙動の検証によると、

ヒト皮膚(角質層、表皮および真皮の一部を含む)上に1%濃度生理食塩水(pH7.4)となるように調製した5種類の水溶性アミノ酸(L-リシン、グリシン、グルタミン酸Na、プロリンおよびトレオニン)溶液をのせ、2-4時間ごとに皮膚透過挙動を評価したところ、以下のグラフのように、

ヒト皮膚角質層に対するアミノ酸の透過性比較

いずれのアミノ酸も経皮吸収にタイムラグがみられ、またアミノ酸によって透過量が異なることがわかった。

次に、ヒト皮膚の角質層を擦って剥いだ肌荒れモデル上に同様のアミノ酸溶液をのせ、2-4時間ごとに皮膚透過挙動を評価したところ、以下のグラフのように、

ヒト擦過皮膚(荒れ肌モデル)に対するアミノ酸の透過性比較

いずれのアミノ酸も経皮吸収のラグタイムが短縮され、また蓄積量も増大した。

この試験結果から、角質層はアミノ酸の経皮吸収に対して最大のバリアとなっていることが明らかとなった。

このような検証結果が明らかにされており(文献10:1996)、水溶性アミノ酸は健常皮膚においては経時的に穏やかな経皮吸収性が、バリア機能が低下した皮膚においては健常な皮膚と比較して優れた経皮吸収性が認められています。

ヒスチジンはリシンと同様に水溶性の塩基性アミノ酸であることから、これらの水溶性アミノ酸と同様の経皮吸収挙動であると考えられます。

このような背景から、健常な皮膚においては、角質層がバリアの役割を果たしているため、一般にヒスチジンは経皮吸収されにくく、また経皮吸収に時間がかかることから即時的な保湿効果はほとんどないと考えられますが、一方で経時的に少しずつ経皮吸収されることが示されていることから、持続性のある穏やかな水分保持剤として機能すると考えられます。

また、肌荒れや皮膚炎などを有するバリア機能が低下した皮膚においては、角質層を有した健常な皮膚と比較して格段に高い経皮吸収性を示す傾向があることから、優れた水分保持剤になり得ると考えられます。

アミノ酸が角質層に経皮吸収されにくいメカニズムは、アミノ酸がイオン性物質であることによる角質層の水和(∗3)が重要な要因であり(文献11:1993)、経皮吸収のラグタイムが長い理由は、アミノ酸と表皮との間の水素結合や静電気的相互作用によるものであると考えられています(文献12:1990)

∗3 水和(hydration)とは、ある化学種へ水分子が付加する現象であり、イオン性化合物や水素結合性化合物が水に溶解し、静電相互作用や水素結合することによって起こります。

パサつき抑制による毛髪修復作用

パサつき抑制による毛髪修復作用に関しては、まず前提知識として毛髪におけるCMCとパサつきの関係を解説します。

以下の毛髪の断面図をみてもらうとわかりやすいと思うのですが、

毛髪の断面図

毛髪のパサつきは、主に加齢またはカラーやブリーチなどのダメージによる毛髪損傷などによって起き、見た目にパサつきのある毛髪は、健常毛と比較してCMC構成成分であるL-アルギニンおよびL-ヒスチジンが多く流出していることが明らかになっています(文献13:2016;文献14:2002)

こういった背景からCMC構成成分、とくにL-アルギニンおよび/またはL-ヒスチジンを補うことが毛髪のパサつき抑制および改善に重要であると考えられます。

2016年にライオンによって報告された塩基性アミノ酸による毛髪内部補修技術によると、

毛髪における見た目のパサつき抑制効果を有する物質を検討するために、パサつきモデルの毛束を作製し、CMC構成成分を中心に各1%濃度のコンディショナー1gを均一塗布し、その後に温水ですすぎ、評価用シャンプー1gを均一塗布してすすぎ、風乾したところ、以下のグラフのように、

CMC構成成分を中心とした毛髪のパサつき抑制効果

アミノ酸においては、L-アルギニンおよびL-ヒスチジンを添加した場合に顕著なパサつき抑制効果が認められた。

また毛髪内部のL-アルギニン量、L-ヒスチジン量を定量した結果、毛髪内部のL-アルギニン量、L-ヒスチジン量と見た目のパサつきのなさには比例関係が見られ、L-アルギニン、L-ヒスチジンの浸透量が多いほど、見た目のパサつきのなさは向上することが明らかになった。

ただし、持続的な効果を確認するために、0.1%L-アルギニンまたはL-ヒスチジンを配合したコンディショナー処理後に、シャンプー製剤を用いて洗浄を行う処理を7回繰り返したところ、毛髪内部のL-アルギニン量、L-ヒスチジン量は極めて少なく、見た目のパサつき抑制効果が小さいことがわかった。

これらの浸透量が少なかった原因として、

  • コンディショナで処理したことによって毛髪内部にアミノ酸が浸透しにくい
  • コンディショナー処理でアミノ酸は浸透したが、後のシャンプー洗浄によって洗い流される

といった仮説が考えられた。

そこで、アミノ酸を毛髪内部に浸透しやすくする毛髪膨潤効果および毛髪内部で多重膜を形成し浸透したアミノ酸の流出を防ぐ滞留効果を有する基剤を併用してスクリーニングしたところ、以下のグラフのように、

ヒスチジンおよびアルギニンにおける浸透促進および滞留促進効果

ラウロイルグルタミン酸ジ(フィトステリル/オクチルドデシル)と併用した場合に、アミノ酸の浸透および滞留効果が最も示された。

これは、ラウロイルグルタミン酸ジ(フィトステリル/オクチルドデシル)と細胞間脂質の構造が類似していることに起因していると考えられる。

このような検証結果が明らかにされており(文献13:2016)、ヒスチジンにパサつき抑制による毛髪修復作用が認められています。

また、ヒスチジンとラウロイルグルタミン酸ジ(フィトステリル/オクチルドデシル)を併用することで、毛髪へのヒスチジン浸透性および滞留性が顕著に向上することが認められています(文献13:2016)

複合アミノ酸原料としてのヒスチジンHCl

ヒスチジンHClは、他のアミノ酸やアミノ酸関連物質とあらかじめ混合された複合原料があり、ヒスチジンHClと以下の成分が併用されている場合は、複合アミノ酸原料として配合されている可能性が考えられます。

原料名 P.P.A.A.-C
構成成分 タウリンリシンHClアラニンヒスチジンHClアルギニンセリンプロリングルタミン酸トレオニンバリンロイシングリシンアラントインイソロイシンフェニルアラニン
特徴・主な用途 プラセンタに含まれるアミノ酸組成を模して構成されたアミノ酸混合物

実際の配合製品の種類や配合濃度範囲は、海外の2012年の調査結果になりますが、以下のように報告されています。

以下表におけるリーブオン製品は、付けっ放し製品(スキンケア製品やメイクアップ製品など)を表しており、またリンスオフ製品というのは、洗い流し製品(シャンプー、ヘアコンディショナー、ボディソープ、洗顔料、クレンジングなど)を指します。

ヒスチジンHClの配合製品数と配合量の調査結果(2012年)

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ヒスチジンHClの安全性(刺激性・アレルギー)について

ヒスチジンHClの現時点での安全性は、

  • 医療上汎用性があり有効性および安全性の基準を満たした成分が収載される日本薬局方に収載
  • 外原規2006規格の基準を満たした成分が収載される医薬部外品原料規格2006に収載
  • 1980年代からの使用実績
  • 皮膚刺激性:ほとんどなし
  • 眼刺激性:詳細不明
  • 皮膚感作性(アレルギー性):ほとんどなし

このような結果となっており、化粧品配合量および通常使用下において、一般的に安全性に問題のない成分であると考えられます。

以下は、この結論にいたった根拠です。

皮膚刺激性および皮膚感作性(アレルギー性)について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献1:2013)によると、

  • [ヒト試験] 104人の被検者に0.07%ヒスチジンHCl、0.27%アルギニン、0.03%フェニルアラニンおよび0.03%チロシンを含む日焼け製品を対象にHRIPT(皮膚刺激&感作試験)を閉塞パッチにて実施したところ、この製品は皮膚刺激および皮膚感作を誘発しなかった(Personal Care Products Council,2012)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、皮膚刺激および皮膚感作なしと報告されているため、一般に皮膚刺激性および皮膚感作性はほとんどないと考えられます。

眼刺激性について

試験結果や安全性データがみあたらないため、現時点ではデータ不足により詳細は不明です。

∗∗∗

ヒスチジンHClは保湿成分にカテゴライズされています。

成分一覧は以下からお読みください。

参考:保湿成分

∗∗∗

文献一覧:

  1. Cosmetic Ingredient Review(2013)「Safety Assessment of α-Amino Acids as Used in Cosmetics」International Journal of Toxicology(32)(6_suppl),41S-64S.
  2. “Pubchem”(2020)「L-Histidine hydrochloride」, <https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/L-Histidine-hydrochloride> 2020年4月7日アクセス.
  3. 大木 道則, 他(1994)「ヒスチジン」化学辞典,1134.
  4. 日光ケミカルズ(2016)「ヒスチジン」パーソナルケアハンドブックⅠ,401-402.
  5. 田村 健夫, 他(1990)「表皮」香粧品科学 理論と実際 第4版,30-33.
  6. 朝田 康夫(2002)「角質層のメカニズム」美容皮膚科学事典,22-28.
  7. 尾沢 達也, 他(1985)「皮膚保湿における保湿剤の役割」皮膚(27)(2),276-288.
  8. I Horii, et al(1983)「Histidine-rich protein as a possible origin of free amino acids of stratum corneum」Normal and Abnormal Epidermal Differentiation: Current Problems in Dermatology(11),301-315.
  9. J Swarbrick, et al(1984)「Drug Permeation Through Human Skin Ⅱ: Permeability of Ionizable Compounds」Journal of Pharmaceutical Sciences(73)(10),1352–1355.
  10. 川崎 由明, 他(1996)「In vitroによるアミノ酸のヒト皮膚での経皮吸収挙動の解析」日本化粧品技術者会誌(30)(1),55-61.
  11. M Sznitowska, et al(1993)「In vitro permeation of human skin by multipolar ions」International Journal of Pharmaceutics(99)(1),43-49.
  12. L Wearley, et al(1990)「A Numerical Approach to Study the Effect of Binding on the Iontophoretic Transport of a Series of Amino Acids」Journal of Pharmaceutical Sciences(79)(11),992–998.
  13. 森部 利江, 他(2016)「塩基性アミノ酸による毛髪内部補修技術の開発」日本化粧品技術者会誌(50)(2),98-103.
  14. 西田 勇一, 他(2002)「各種ダメージによる毛髪への影響と新修復剤」Fragrance Journal(30)(8),35-43.

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